Recrean el material que compone el núcleo de la Tierra

Utilizando un yunque hecho de diamante, los físicos han "exprimido" con éxito el hierro, hasta darle la forma que se cree que tiene en lo profundo del centro de la Tierra. El hexaferrum, o epsilon iron (ϵ-Fe), solo es estable a presiones extremadamente altas: la mayoría del hierro en el núcleo de la Tierra tiene esta forma, y una comprensión detallada de sus propiedades podría ayudarnos a entender las variaciones y anomalías que puede presentar el corazón de nuestro planeta.

Un equipo de científicos dirigido por la física Agnès Dewaele, de la Universidad de Paris-Saclay, en Francia, ha publicado recientemente un nuevo estudio en la revista Physical Review Letters, en el cual describen una técnica para sintetizar cristales del material que compone la mayor parte del núcleo interno sólido de la Tierra, denominado hexaferrum. Los hallazgos podrían marcar un gran avance en el conocimiento de las condiciones que dominan el centro de la Tierra y en las causas que determinan distintos fenómenos relacionados con la dinámica del núcleo interno terrestre.

Viaje al centro de la Tierra

Los especialistas han profundizado en las características del núcleo de la Tierra a partir de la base aportada por datos sísmicos, ya que las ondas acústicas generadas por terremotos y temblores se propagan de manera diferente a través de los distintos materiales. De esta forma, pudieron determinar que el núcleo de la Tierra está formado por diferentes capas, cada una de las cuales posee variadas composiciones y estructuras. 

Para lograr una mayor comprensión del núcleo interno sólido del planeta, o sea el sector más profundo de la Tierra o su verdadero centro, es indispensable determinar el comportamiento del material que lo compone en su mayor medida y cómo responde a las ondas acústicas. Se trata del hexaferrum, o epsilon iron (ϵ-Fe), una forma del hierro que solamente puede encontrarse en entornos con presiones extremas. 

Según un articulo publicado en Science Alert, el trabajo de Dewaele y su equipo demostró que la elasticidad del hexaferrum depende de la dirección, porque las ondas se propagan más rápido a lo largo de un eje particular. Este fenómeno de variaciones direccionales, denominado anisotropía, persiste durante los cambios de presión: así se comportaría el hexaferrum en el entorno de hasta 360 gigapascales que caracteriza al núcleo interno del planeta. Para los científicos, esto es consistente con las observaciones sobre la forma en la cual las ondas sísmicas viajan a través de la Tierra.

Recreando las condiciones del núcleo interno

El gran hallazgo del nuevo estudio es haber logrado “recrear” las características del hexaferrum en el marco de las condiciones de presión que existen en la superficie de nuestro planeta, muy diferentes a las que presenta el núcleo interno. Para lograrlo, crearon condiciones de alta presión por breves períodos de tiempo, usando yunques de diamante y calor.

En primer término, los investigadores colocaron cristales de ferrita en un yunque de diamante en un calentador de vacío, incrementando la presión a 7 gigapascales, o sea alrededor de 70.000 veces la presión atmosférica al nivel del mar. También aumentaron la temperatura a 527 grados Celsius. En estas condiciones, el hierro pasó a una fase intermedia llamada austenita o hierro gamma.

Luego, los cristales de austenita creados por el equipo de científicos cambiaron a la fase hexaferrum de una forma controlada, a presiones entre 15 y 33 gigapascales y con un menor incremento de temperatura. El éxito obtenido con este proceso les permitió sondear el hexaferrum y analizar sus propiedades, empleando para ello una línea de luz de sincrotrón, que es un tipo de acelerador de partículas que se caracteriza por mantenerse en una órbita cerrada.

Los resultados del estudio sugieren que las técnicas desarrolladas en el marco de la investigación podrían ser un excelente parámetro para comprender las condiciones extremas en el centro de nuestro planeta. Al saber más sobre las variaciones relacionadas con la anisotropía del núcleo interno, los científicos se están acercando un poco más al entendimiento de los procesos y las dinámicas que condicionan la estructura interna de la Tierra.

Referencia

Synthesis of Single Crystals of ε-Iron and Direct Measurements of Its Elastic Constants. Agnès Dewaele et al. Physical Review Letters (2023). DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.034101